Jak se věda vyvíjí, její zákony pokrývají stále širší oblasti, jsou zdokonalovány, přibližují se přírodním zákonům a jsou jim adekvátní. V zobecněné podobě charakter spojení mezi přírodními zákony a zákony vědy jasně vyjádřil A. Einstein: „Naše představy o fyzické realitě nikdy nemohou být konečné a my musíme být vždy připraveni tyto myšlenky změnit.“P. L. Kapitsa, který miloval paradoxy, dokonce řekl toto: „Zajímavé nejsou samotné zákony, ale odchylky od nich.“
Vynálezci perpetuum mobile se ale mýlí a spoléhají na zcela možnou změnu vědeckých zákonů, které dosud neumožňují provoz strojů s permanentním pohybem. Faktem je, že zákony vědy (zejména fyziky) se nezrušují, ale doplňují a rozvíjejí.
N. Bohr formuloval obecný postoj (1923) odrážející tuto pravidelnost ve vývoji vědy: princip korespondence, který říká, že jakýkoli obecnější zákon zahrnuje starý zákon jako zvláštní případ; it (old) is obtained from the new one when transition to other values of the volumes defining it.
Schválení zákona zachování energie - prvního zákona termodynamiky - způsobilo, že pokusy o vytvoření stroje pro neustálý pohyb prvního druhu byly naprosto beznadějné. A přestože stále pokračovali, hlavní myšlenkový směr tvůrců perpetuum mobile se změnil. Nové varianty strojů s permanentním pohybem se rodí již v plné shodě s prvním zákonem termodynamiky: kolik energie vstupuje do takového motoru, přesně stejné množství zhasne.
Jak víte, zákon zachování energie lze formulovat v této poněkud upravené podobě: pro všechny procesy přeměny energie musí zůstat součet všech druhů energie účastnících se tohoto procesu nezměněn. Taková formulace, i když nepřipouští možnost vytváření energie z ničeho, však ponechává otevřený další způsob realizace stroje s permanentním pohybem, jehož princip fungování by byl založen na ideální transformaci jedné formy energie na jinou.
Bylo známo, že práce v motorech se provádí, když horké tělo vydává teplo plynu nebo páře a pára funguje, například při pohybu pístu. Ukázalo se však, že neexistuje způsob, jak přeměnit energii z chladnějšího těla na teplejší. Abychom však vytvořili stroj s neustálým pohybem, je nutné, aby byla provedena práce současně.
V důsledku vývoje termodynamiky na základě prací Sadi Carnota Rudolf Clausius ukázal, že je nemožné, aby proces spontánně procházel z chladnějších těles do teplejších těles. Zároveň je nemožný nejen přímý přechod - je také nemožné provést jej pomocí strojů nebo zařízení, aniž by došlo k dalším změnám v přírodě.
William Thomson (lord Kelvin) formuloval princip nemožnosti perpetuetního stroje druhého druhu (1851), protože procesy jsou v přírodě nemožné, jediným důsledkem by byla mechanická práce prováděná chlazením tepelného zásobníku.
Propagační video:
Zkoumání problému nového typu perpetuum mobile na počátku XX století. studoval slavný německý fyzik a chemik Wilhelm Ostwald. Nazval ideální stroj, schopný cyklicky a beze ztrát, přeměňovat energii z jedné formy na druhou, nazval strojem s permanentním pohybem druhého druhu. Jak můžete vidět, i po odmítnutí možnosti vytvoření stroje s trvalým pohybem prvního druhu zůstává problém s trvalým pohybem stále otevřený. Avšak stroje na neustálý pohyb prvního a druhého druhu se již navzájem významně liší. Pokud funkce věčného pohybového stroje prvního druhu, kterou vědci prohlásili za nerealizovatelnou, spočívala v neustálém provádění užitečné práce bez doplňování energetických rezerv z externích zdrojů, byla vyžadována pouze schopnost ideálně transformovat energii z věčného pohybového stroje druhého druhu.
Podle prvního zákona termodynamiky je teplo ekvivalentní mechanické energii, a proto je v rozporu s prvním principem zcela možné postavit stroj, který odebírá teplo z tělesa, které má teplotu okolního vzduchu, nebo například odebírá teplo z vody z velkých nádrží a působí díky tuto mechanickou práci. Pokud převedeme nyní přijatou mechanickou energii zpět na teplo, vznikne uzavřený cyklus přeměny energie, založený na principu perpetuálního pohybového stroje druhého druhu.
S takovými jevy se však v každodenním životě nikdy nesetkáme. V teplé místnosti se láhev mléka vyjmutého z chladničky zahřeje a sklenice horkého čaje se ochladí. Studená kapalina navíc při zahřátí nepostřehnutelně snižuje teplotu vzduchu v místnosti, zatímco horká ji zvyšuje. Zároveň se nikdy nestane, že by se studené tělo ochladilo samo, nebo by se horké zahřálo. Pro takové chlazení se používají speciální chladicí jednotky, které však vyžadují stálý přísun energie z externích zdrojů. Současně spontánní chlazení chladu nebo ohřev horkého tělesa vůbec není v rozporu s prvním zákonem termodynamiky. Je tedy zřejmé, že znění tohoto zákona by mělo být nějak vyjasněno a doplněno.
Druhý zákon termodynamiky vylučuje neúplnost zákona zachování energie, který nerozlišoval mezi reverzibilními a nevratnými procesy, a zanechal tak iluzorní naději pro ty, kteří nechtěli snášet nemožnost vytvoření perpetuum mobile. Tento fyzikální princip ukládá omezení směru procesů, které mohou nastat v termodynamických systémech. Druhý zákon termodynamiky zakazuje takzvané stroje s permanentním pohybem druhého druhu, které ukazují, že účinnost se nemůže rovnat jednotě, protože pro kruhový proces se teplota chladničky nemůže rovnat absolutní nule (je nemožné vytvořit uzavřený cyklus procházející bodem s nulovou teplotou).
Existuje několik ekvivalentních formulací druhého zákona termodynamiky:
Clausiusův postulát: „Kruhový proces je nemožný, jehož jediným výsledkem je přenos tepla z méně zahřátého těla do více zahřátého“(tento proces se nazývá Clausiusův proces).
Thomsonův (Kelvinův) postulát: „Kruhový proces je nemožný, jehož jediným výsledkem by byla výroba práce chlazením tepelného zásobníku“(tento proces se nazývá Thomsonův proces).
Další formulace druhého zákona termodynamiky je založena na konceptu entropie:
„Entropie izolovaného systému nemůže klesat“(zákon neklesající entropie). Ve stavu s maximální entropií jsou makroskopické nevratné procesy (a proces přenosu tepla vždy nevratný kvůli Clausiovi postulátu) nemožné.
Když byla vytvořena statistická termodynamika, která byla založena na molekulárních koncepcích, ukázalo se, že druhý zákon termodynamiky má statistický charakter: platí pro nejpravděpodobnější chování systému. Existence fluktuací brání jeho přesné implementaci, ale pravděpodobnost jakéhokoli významného porušení je extrémně malá. To znamená, že je možný přenos tepla ze studeného těla do teplejšího, ale je to extrémně nepravděpodobná událost. A v přírodě se odehrávají nejpravděpodobnější události.
Přečtěte si také „Trvalý pohybový stroj prvního druhu“a „Trvalý pohybový stroj třetího druhu“